Capacità dei computer quantistici
I computer quantistici non sostituiranno le macchine informatiche classiche,
- La ricerca di dati non strutturati negli array èfoto, video, audio, file di testo senza markup. La ricerca e l'analisi di file in gran numero è associata alla frammentazione di formati, lingue, contesto e altri parametri. Ma è chiaro che i volumi crescono ogni anno e questa è l'informazione più importante per scienziati, esperti di marketing e specialisti della sicurezza. Si presume che i computer quantistici eseguano facilmente diverse operazioni in parallelo e ricercheranno più rapidamente in tali database.
- Ottimizzazione:cercare la soluzione migliore, tenendo conto del risultato e delle restrizioni desiderati. Ciò migliorerà la consegna, aiuterà il processo decisionale in mercati in rapida evoluzione e gestirà i flussi di traffico in modo più efficace.
- Modellazione di sistemi quantistici, inclusicome molecole di nuovi materiali o farmaci. Un computer quantistico sarebbe ottimo per gestire la complessità e l'incertezza di tali sistemi. Ciò include anche la modellazione delle reazioni chimiche e delle interazioni fisiche.
- Risolvere problemi di matematica che sono incredibilmente difficiliper computer classici. Questa è una caratteristica importante dei computer quantistici, che apriranno una nuova pagina nella crittografia: i sistemi di crittografia più comuni saranno vulnerabili.
Finora, il processore quantistico più potente è stato creato da IBM e ha 127 qubit.
Nozioni di base fisiche: elementi essenziali
Cosa consentirà ai computer quantistici di risolvere i problemi in modo migliore, più veloce e più efficiente rispetto alle macchine classiche? Cosa garantirà la supremazia quantistica?
Il calcolo quantistico, come suggerisce il nome,basato sui processi della fisica quantistica. Secondo il postulato della fisica quantistica, fino al momento della misurazione, un elettrone (o altra particella più piccola, ad esempio un fotone) non ha coordinate univoche, ma si trova contemporaneamente in tutti i punti dell'orbita. Questa area della somma di tutti gli stati della particella è chiamata nuvola di elettroni. In modo semplificato, possiamo dire che questa nuvola di elettroni è un qubit fisico (q-bit, bit quantistico) - l'unità di base dell'informazione nel calcolo quantistico.
I qubit svolgono lo stesso ruolo nel calcolo quantisticocome i bit nell'informatica classica. Ma se i bit classici sono binari e possono essere solo in posizione 0 o 1, allora i qubit sono in una sovrapposizione di tutti i possibili stati. Pertanto, un computer quantistico risolve il problema non mediante l'enumerazione sequenziale, ma considerando molte opzioni possibili contemporaneamente. Naturalmente, la velocità di calcolo aumenta radicalmente.
Un'altra proprietà importante è l'entanglement.Questo fenomeno descrive una tale proprietà delle particelle quantistiche, quando i risultati delle misurazioni congiunte di particelle lontane risultano correlati, mentre le misurazioni di particelle separatamente sono completamente casuali. Più qubit riesci a confondere, creando un unico sistema, più potente risulterà il computer e più compiti complessi potrai risolvere.
I qubit svolgono lo stesso ruolo nell'informatica quantistica dei bit nell'informatica classica
Stato attuale e problemi
I media appaiono costantemente informazioni su tuttonuovi progressi nell'informatica quantistica: ad esempio, alla fine del 2019, Google ha annunciato a gran voce il raggiungimento della superiorità quantistica. Ma la realtà è che finora i computer quantistici risolvono solo compiti altamente specializzati.
Ad esempio, l'algoritmo per la distribuzione di reportage fotografici,che è stato mostrato in Cina sul computer Jiuzhang. Questo problema è uno di quelli che sono stati proposti per dimostrare la superiorità quantistica. E i computer quantistici affrontano tali compiti in modo molto più efficiente dei supercomputer.
Ma mentre il computer quantistico calcola le proprietàsostanze, ma solo le più semplici e conosciute. E non c'è abbastanza potenza per creare sostanze con le proprietà desiderate o ottimizzare i flussi logistici. Finora, il processore quantistico più potente è stato creato da IBM e ha 127 qubit. E per risolvere i problemi citati all'inizio dell'articolo, saranno necessari migliaia di qubit. Tuttavia, non si può non dire che i progressi nel campo dell'informatica quantistica negli ultimi dieci anni sono stati enormi e finora non ci sono ostacoli visibili al progresso.
Ma i problemi sicuramente esistono.Ad esempio, si tratta di creare una memoria quantistica che consenta di tornare alla soluzione di un particolare problema e di memorizzare i risultati dei calcoli. I problemi di ridimensionamento del sistema, aumento del tempo di coerenza, correzione degli errori: l'aumento della potenza di calcolo dipende da tutto questo. Ci sono anche molte domande nella parte software, poiché per lavorare con i risultati dei calcoli, dobbiamo "tradurre" i dati ottenuti nel calcolo quantistico nel linguaggio dei calcoli classici. E c'è ancora un campo di lavoro enorme.
Un supercomputer non può fare tutto, ma risolverà un sacco di problemi
Quando la realtà intorno è in continua evoluzione,Voglio porre una domanda ingenua: un computer quantistico sufficientemente potente potrebbe "prevedere" tutto questo in anticipo? Risposta: no, nessun sistema informatico ha il dono della lungimiranza.
Ma è proprio in un cambiamento così rapidosituazione, un computer quantistico aiuterebbe nella scelta della strategia ottimale sul mercato, troverebbe le migliori opzioni logistiche, il che è particolarmente prezioso in condizioni in cui la situazione sul mercato dei trasporti è instabile. Ma finora non esiste una potente macchina quantistica in grado di far fronte a tali compiti in nessun paese del mondo. E nei prossimi anni, è improbabile che appaia.
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